復(fù)雜巖層溜井修復(fù)治理

趙海洋

（西藏華泰龍礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司 拉薩 850200）

引言

某礦山一條溜井，設(shè)計(jì)凈直徑Φ4.0m，儲(chǔ)礦段凈直徑Φ6m,井深161.038m，距地表軌面固定式礦車(chē)翻籠卸礦站深度為19.475m，該溜井從上至下結(jié)構(gòu)依次為：

（1）10m3固定式礦車(chē)翻籠卸礦站基礎(chǔ)梁：為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)300mm 厚樓板與翻籠卸載站混凝土框架相連。

（2）翻籠卸載緩沖坑：緩沖坑凈尺寸為長(zhǎng)×寬×深=7.2×2.2×5.0m3，采用400mm 厚鋼筋混凝土支護(hù)，緩沖坑四周及底板礦石沖擊部位均襯有鋼板，其中兩側(cè)面及底面直接沖擊部位采用50mm 厚ZGMn13 高錳鋼襯板，兩端面采用20mm厚Q345b鋼襯板。

（3）中心落礦結(jié)構(gòu)：為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，亦作為溜井鎖口，上段開(kāi)口凈尺寸為2.2×2.2m方形，高度為2m。

（4）溜井井頸段：高度共10m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，凈直徑Φ4000mm，厚度400mm，上段5m 內(nèi)襯20mm厚Q345b鋼襯板。

（5）溜井正常段：凈直徑Φ4m，高度124m。設(shè)計(jì)為裸井，后考慮施工安全，變更設(shè)計(jì)為50mm素噴。

（6）礦倉(cāng)段：喇叭口高度1.732m，礦倉(cāng)高度15m，共16.732m。礦倉(cāng)凈直徑Φ6.0m，采用400mm厚鋼筋混凝土支護(hù)，礦倉(cāng)下部8m高度內(nèi)襯50mm厚ZGMn13高錳鋼襯板。

另外，原礦轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)回風(fēng)井（凈直徑Φ3.0m）距卸載站軌面約142m 處通過(guò)溜井檢查平巷與溜井貫通。兩條溜井檢查道作為該溜井生產(chǎn)維護(hù)及檢修、堵塞處理等的通道。

1 溜井井壁破壞及地面塌陷現(xiàn)狀

（1）溜井井壁破壞及地面塌陷示意詳見(jiàn)附圖1。經(jīng)測(cè)量塌陷坑上表面面積約為108m2，下表面面積約為4m2，深度約為38m，塌陷體方量約為1682.9m3。

（2）距離井口38.2m以下井筒基本完好，無(wú)破損。

（3）通過(guò)對(duì)塌陷區(qū)構(gòu)筑物（立柱、軌道面）每日實(shí)施監(jiān)測(cè)，縱向位移均在誤差范圍內(nèi)，無(wú)明顯沉降現(xiàn)象。

2 溜井井壁破壞及地面塌陷原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)坍塌實(shí)際情況分析，其產(chǎn)生的破壞機(jī)理比較復(fù)雜，并非由單一的某個(gè)因素引起，而是由井筒周?chē)墓こ痰刭|(zhì)條件、放礦過(guò)程中礦石對(duì)井壁的沖擊、井筒結(jié)構(gòu)，以及地面降水等因素長(zhǎng)期綜合作用的結(jié)果。

溜井塌陷方向井筒或存在近地表的小溶洞或破碎帶，隨著井筒的不斷刷大，加之翻籠卸下的礦石沖刷此處井壁破碎巖體后，逐漸垮塌（逐步垮冒的井壁破碎圍巖混入溜井礦石進(jìn)入選礦流程，因此出現(xiàn)了井內(nèi)填充渣石占塌陷體方量69.52%的情況），長(zhǎng)期作用下造成井筒與小溶洞或破碎帶逐步貫通，再加上近期雨季造成地表水滲入垮塌區(qū)域，進(jìn)一步削弱了淺層回填土及溜井井壁附近破碎圍巖的自穩(wěn)能力。在各因素長(zhǎng)期綜合作用下，溜井局部破碎圍巖逐步與地表回填層垮通，形成從地表至溜井局部的垮塌自溜通道，塌陷體直井壁漏洞滑落至溜井內(nèi)堆積。

具體原因分析如下：

（1）工程地質(zhì)條件較差是溜井井壁破壞和地面塌陷的先天條件：巖性條件是影響溜井穩(wěn)定的最主要的因素之一，完整而強(qiáng)度高的圍巖具有較高的抗拉、剪性能，當(dāng)井筒開(kāi)挖后，其卸荷松動(dòng)范圍小，井壁圍巖承載能力高，抗沖擊能力也較強(qiáng)。而軟弱破碎的巖體不但卸載松動(dòng)圈大，抗沖擊破壞的能力更低，且溜井靠近堆積邊坡，地表回填土層較松散。近地表井壁圍巖風(fēng)化程度高，地表巖溶結(jié)構(gòu)較發(fā)育。因而得出工程地質(zhì)條件差是溜井破壞和地面塌陷的主要原因之一。

圖1 溜井井壁破壞及地面塌陷示意圖

（2）放礦沖擊載荷是溜井井壁破壞和地面塌陷的誘因：滿井放礦條件下，礦石在井筒中運(yùn)動(dòng)是以一種散體形式在自重作用向下流動(dòng)，溜礦對(duì)井壁破壞力小。但空井狀態(tài)下礦巖是無(wú)規(guī)則的自由落體近似橢球體運(yùn)動(dòng)，礦巖在下落過(guò)程中對(duì)井壁沖擊很大。當(dāng)沖擊力超過(guò)井壁構(gòu)成的介質(zhì)強(qiáng)度時(shí)就對(duì)井壁產(chǎn)生破壞。載荷沖擊破壞能量與卸礦方式、礦石硬度塊度及溜井中礦巖存儲(chǔ)高度等因素密切相關(guān)。根據(jù)室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)的大量研究，礦石下落沖擊能量與距離和速度成正比，卸礦速度快、塊度大對(duì)井壁的破壞也大。大量測(cè)定結(jié)果表明，沖擊載荷產(chǎn)生的第一次沖擊破壞一般在卸礦點(diǎn)以下40 m 的范圍內(nèi)，與此溜井井壁破壞范圍（距井口27.6m～38.2m）相符。

（3）井壁的支護(hù)強(qiáng)度低、井壁后面可能存在溶洞或破碎帶：井筒的破壞與其支護(hù)體的強(qiáng)度密切相關(guān)，支護(hù)體是抵抗礦石沖擊的主體，如支護(hù)體強(qiáng)度高、整體性好，通常在溜礦過(guò)程中不易出現(xiàn)破壞。該溜井井壁破壞部位采用50mm 厚素噴層支護(hù)，50mm 素噴層僅能保證施工安全，在溜井正常放礦初期素噴層即破壞。由于溜井附近圍巖內(nèi)可能存在施工過(guò)程未揭露的溶洞或破碎帶，造成井壁與圍巖體不能形成有效堅(jiān)固的承載結(jié)構(gòu)，井壁圍巖抗沖擊能力差。結(jié)合附近溜井治理揭露出的地質(zhì)現(xiàn)象，溜井井壁后面可能存在的溶洞或破碎帶，為地面塌陷提供了一定的塌陷通道和空間。

（4）翻籠卸載站地表回填層結(jié)構(gòu)疏松，成為塌陷體：翻籠卸載站地表3～5m 深度范圍內(nèi)為回填層，其結(jié)構(gòu)疏松，膠結(jié)性差，在外部荷載變化、下部空洞、地表滲水及地下水的作用下容易成為塌陷體。

3 溜井井壁破壞及地面塌陷的治理方案

針對(duì)溜井出現(xiàn)井壁破壞和地面塌陷的現(xiàn)狀，其治理方案如下：

（1）溜井礦石回填。在確定溜井沒(méi)有堵塞的前提下，拆卸井口翻車(chē)機(jī)，向溜井內(nèi)填充礦石至距井口26m 高度內(nèi)，即填充礦石高度超過(guò)井壁破損洞口約1m 高，使得填充礦石封堵住溜井井壁破損部位（距井口27.6m～38.2m深度范圍內(nèi)）。

（2）回填處理塌陷空區(qū)。向地表塌陷空區(qū)內(nèi)投放尺寸合適預(yù)先焊接好的鋼筋籠，再填充C15 混凝土覆蓋鋼筋籠，隨后用渣石填滿塌陷空區(qū)。

（3）溜井井壁修復(fù)與加固。在溜井口安裝施工井架及提升系統(tǒng)，先將溜井內(nèi)礦石堆放到距井口軌面20m 高度左右（即溜井鋼筋砼支護(hù)與裸井的分界處），然后井底放礦，溜井內(nèi)逐步下降的礦石面作為施工平臺(tái)進(jìn)行井壁修復(fù)作業(yè)，實(shí)施逐層加固，每層加固高度不超過(guò)2m。采用鋼筋鋼纖維混凝土并內(nèi)襯耐磨鋼板的方式進(jìn)行井壁加固，支護(hù)深度至溜井第一個(gè)聯(lián)絡(luò)道口（距井口70m）。

（4）注漿加固。

4 溜井井壁破壞及地面塌陷的治理方案參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 溜井井壁修復(fù)

根據(jù)溜井使用的具體特點(diǎn)是抵抗溜放礦石的長(zhǎng)期沖擊與摩擦，為確保溜井井壁的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定,溜井井壁修復(fù)與加固采用現(xiàn)場(chǎng)澆注鋼筋鋼纖維混凝土并內(nèi)襯耐磨鋼板形式。鋼纖維混凝土強(qiáng)度等級(jí)為CF30。

4.2 溜井井口帷幕注漿參數(shù)

塌落體為第四系表土層，距離井壁較近（下部與井壁相連），相對(duì)于其它部位其結(jié)構(gòu)更為疏松，易于成為地表水的滲流通道，對(duì)上部表土段的井壁穩(wěn)定性及滲漏水產(chǎn)生一定影響；為此，對(duì)塌落體進(jìn)行注漿膠結(jié)。方案參數(shù)及實(shí)施步驟如下：

①下放注漿管：在塌坑中打入3～5根f50注漿管，注漿管下端1m范圍內(nèi)，鉆5mm小孔10個(gè)，注漿管進(jìn)入下部松渣層不小于1m，同時(shí)采取防護(hù)措施防止堵塞注漿管。注漿管上部超出地面50cm。

②塌洞廢碴充填：利用廢碴充填塌洞，充填時(shí)不得破壞注漿管。

③充填注漿：充填注漿要在井筒下部27m 破損段回填且封閉層施工養(yǎng)護(hù)3 天后進(jìn)行。充填注漿的造漿站設(shè)在塌坑上部的公路邊坡旁，造漿站高程最好比注漿管孔口高出10m以上。

注漿材料：PO.32.5 普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比為0.8:1～1:1，每立方水泥漿中水泥配量為750～800kg。

注漿壓力：不設(shè)注漿泵，借助漿液的自重和地形高差，自溜注漿。

注漿量的控制：總注漿量控制在700m3以內(nèi)，分次注漿量分15 m3、10 m3、5 m3三個(gè)檔次，前面300 m3按每次15 m3注入量控制，然后間歇2～4小時(shí)，再注入15 m3，再間歇2～4小時(shí)，依次進(jìn)行。注入300 m3后按每次注10 m3入量控制，間歇要求同上。注入600 m3后按每次注5 m3入量控制，間歇要求同上。

4.3 井壁壁后注漿

壁后壓密注漿主是處理第四系表土段破損井壁修復(fù)后的壁后空區(qū)、基巖段灰?guī)r的巖溶空區(qū)。對(duì)于表土段破損井壁修復(fù)后,井壁與圍巖（第四系溝谷沖積物）之間存在空鼓現(xiàn)象，這一方面不利于井壁的受力，另外井壁后面的空區(qū)將會(huì)成為地表水滲流通道，通過(guò)壁后注漿,注漿體與井壁相結(jié)合形成隔水加固體，防止地表水通過(guò)壁后空區(qū)向井內(nèi)滲流。對(duì)于井筒揭露的基巖段巖溶，壁后注漿體阻斷巖溶水向井內(nèi)滲透，自下而上分別對(duì)井筒掘進(jìn)過(guò)程中揭露的4處巖溶進(jìn)行充填和壓密注漿處理。

①注漿加固部位

表土段破損井壁壁后注漿初定為26～46m，施工過(guò)程中根據(jù)井壁的修復(fù)部位適當(dāng)調(diào)整。

②注漿孔參數(shù)設(shè)計(jì)

注漿孔的直徑：表土段破損井壁修復(fù)段，預(yù)埋f25mm 注漿花管；對(duì)于基巖巖溶，采用風(fēng)鉆鉆f42mm注漿孔；

注漿孔的深度：表土段注漿孔的深度進(jìn)入井壁壁后不少于50cm。對(duì)于基巖巖溶段注漿孔深為1～3m，鉆孔孔深以揭露巖溶空區(qū)為終孔標(biāo)準(zhǔn)。

注漿孔數(shù)量及布設(shè)：表土段修復(fù)井壁采用單排布孔，孔間距為2m。對(duì)于基巖巖溶段，每處巖溶初步設(shè)計(jì)5孔。

③注漿材料

漿液配比參數(shù)如下：水泥為PO.32.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為1:1，水玻璃濃度為40Be，水泥漿與水玻璃的體積比為1:0.3（即水玻璃漿體積只占水泥漿體積的30%）。

④注漿壓力

注漿終壓取靜水頭壓力的約2倍，表土段破損井壁壁后注漿及井深60m 處巖溶注漿，注漿終壓為1MPa；井深130m 處巖溶注漿終壓為2.2MPa；井深140m 處巖溶注漿終壓為2.2MPa；井深160m 處巖溶注漿終壓為2.4MPa。

⑤注漿量

表土段破損井壁修復(fù)后壁后注漿按每米井筒5m3計(jì)，加固長(zhǎng)度初定20m，預(yù)計(jì)注漿量為100m3。為防止?jié){液擴(kuò)散距離過(guò)遠(yuǎn)，造成無(wú)效流失，注漿時(shí)要采取間歇注漿，每注漿2m3后，間歇20秒到1分鐘。

⑥注漿施工順序：對(duì)于表土段破損井壁段的壁后注漿，必須采用自下而上的施工順序，下部注漿孔注漿過(guò)程中，上部注漿孔出現(xiàn)跑漿時(shí)，立即停注下部注漿孔，并及時(shí)將注漿管移接到上部的跑漿孔，進(jìn)行續(xù)注。對(duì)于基巖巖溶注漿施工順序不作要求。

⑦注漿過(guò)程中的防跑漿措施

注漿過(guò)程中要密切關(guān)注井壁周?chē)氖欠癯霈F(xiàn)跑漿，特別要注意井壁的接茬部位，一旦出現(xiàn)跑漿，要停注，在跑漿部位采取打入木楔、綿紗，以及抹涂水泥—水玻璃雙液濃漿封堵，防止?jié){液浪費(fèi)。對(duì)于細(xì)微跑漿，采用間歇注漿處理。

5 結(jié)論及注意事項(xiàng)

（1）按照如上方案對(duì)溜井經(jīng)過(guò)修復(fù)治理后，此溜井已投入使用，溜井修復(fù)效果良好。

（2）“水滴石穿”，不論井壁強(qiáng)度多高、圍巖條件多好，井內(nèi)空井放礦，井壁長(zhǎng)期承受沖擊荷載出現(xiàn)破壞是必然事件。因此，溜井加固投入使用后，必須要注意放礦管理工作。

（3）溜井破壞都是從點(diǎn)上開(kāi)始逐漸發(fā)展形成的，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)可起到事半功倍的效果。在有條件的情況下，應(yīng)經(jīng)常對(duì)溜井井壁進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)破損點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修。